数控系统与插补原理.pptx

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1、2023/3/25 4:31第1页/共36页2023/3/25 4:31一、数控系统的基本原理数控系统（Numerical Computer System）是指利用数字控制技术实现的自动控制系统。最初的数控系统是由数字逻辑电路构成的，因而被称之为硬件数控系统。随着微型计算机的发展，硬件数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是当前广泛使用的计算机数控系统（Computer Numerical Control，简称CNC系统）。数控机床是一种装了程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有使用号码或其它符号编码指令规定的程序。第2页/共36页2023/3/25 4:31一、数控系统的基本原理数控系统的功能

2、：（1）准备功能：（2）控制功能：（3）进给功能：（4）主轴转速功能：（5）刀具功能：（6）辅助功能：（7）插补功能：插补功能是指CNC装置可以实现各种曲线轨迹插补运算的功能。（8）补偿功能：（9）字符图形显示功能：（10）通信功能：（11）自诊断功能：（12）人机对话编程功能：第3页/共36页2023/3/25 4:31一、数控系统的基本原理数控系统工作过程：（1）输入 输入零件加工程序和补偿数据等（2）译码 将加工程序翻译成机器码（3）数据处理 对补偿参数，加工速度和辅助功能等的处理（4）插补 实现起点和终点之间数据的密化（5）伺服控制 信号的控制和放大（6）管理程序 程序的预读第4页/共

3、36页2023/3/25 4:31二、数控系统的结构数控系统硬件：（1）输入输出装置（2）数控装置（3）驱动控制装置（4）机床电器逻辑控制装置控制对象：机床的主轴和进给第5页/共36页2023/3/25 4:31CNC系统的结构框图系统的结构框图 第6页/共36页2023/3/25 4:31二、数控系统的结构单CPU结构第7页/共36页2023/3/25 4:31第8页/共36页2023/3/25 4:31二、数控系统的结构单CPU结构特点（1）结构简单，容易实现（2）采用总线结构（3）对存储，插补，控制等运算采用分时控制（4）进给速度慢第9页/共36页2023/3/25 4:31二、数控系统

4、的结构多CPU结构框图主/从式多CPU系统结构图：第10页/共36页2023/3/25 4:31二、数控系统的结构多CPU结构框图共享总线的多CPU结构的CNC结构框图：第11页/共36页2023/3/25 4:31二、数控系统的结构多CPU结构框图共享存储器的多CPU结构框图 共享存储器I/O（CPU1）CRT（CPU2）插补（CPU3）轴控制（CPU4）第12页/共36页2023/3/25 4:31二、数控系统的结构多CPU结构特点（1）运算速度快，性能价格比高（2）适应性强，扩展容易（3）可靠性高（4）硬件易于规模生产第13页/共36页2023/3/25 4:31二、数控系统的结构数控系

5、统软件：CNC任务分解 第14页/共36页2023/3/25 4:31二、数控系统的结构数控系统软件：多任务并行处理第15页/共36页2023/3/25 4:31二、数控系统的结构数控系统软件：实时中断处 理优先级第16页/共36页2023/3/25 4:31二、数控系统的结构数控系统软件：实时中断处理资源重叠流水处理 第17页/共36页2023/3/25 4:31三、典型数控系统介绍-西门子 西门子 PPT第18页/共36页2023/3/25 4:31插补原理 插补就是沿着规定的轮廓，在轮廓的起点和终点之间按一定算法进行数据点的密化。在数控加工中，根据给定的信息进行某种预定的数学计算，不断向

6、各个坐标轴发出相互协调的进给脉冲或数据，使被控机械部件按指定的路线移动，完成整个曲线的轨迹运行，以满足加工精度的要求，这就是插补。目前，插补算法有很多种，归纳为两大类：脉冲增量插补和数据采样插补。第19页/共36页2023/3/25 4:31脉冲增量插补 脉冲增量插补就是通过向各个运动轴分配脉冲，控制机床坐标轴作相互协调的运动，从而加工出一定形状零件轮廓的算法。每个脉冲通过步进电动机驱动装置使步进电动机转过一个固定的角度（称为步距角），相应地使机床移动部分（刀架或工作台）产生一个单位的行程增量（脉冲当量一个脉冲所对应的机床机械运动机构所产生的位移量）。第20页/共36页2023/3/25 4:

7、311.逐点比较法 逐点比较法是通过逐点地比较刀具与所需插补曲线之间的相对位置，确定刀具的进给方向，进而加工出工件轮廓的插补方法。刀具每走一步都要将加工点的瞬时坐标与规定的图形轨迹相比较，判断其偏差，然后决定下一步的走向。在逐点比较法中，每进给一步都要经过四个节拍，如图所示。第21页/共36页2023/3/25 4:31逐点比较法工作流程图第22页/共36页2023/3/25 4:31（1）逐点比较法第I象限直线插补 偏差函数值的判别 如图所示，假设动点 T正好处于直线OE上，则有下式成立：即 XeYiXiYe刀具与直线之间的位置关系第23页/共36页2023/3/25 4:31（1）逐点比较

8、法第I象限直线插补假设动点处于 OE的上方，则直线 OT的斜率大于直线OE的斜率，从而有 即 XeYiXiYe刀具与直线之间的位置关系第24页/共36页2023/3/25 4:31（1）逐点比较法第I象限直线插补设点T处于直线OE的下方，则有下式成立 即 XeYiXiYe 刀具与直线之间的位置关系第25页/共36页2023/3/25 4:31 由以上关系式可以看出，（XeYiXiYe）的符号反映了动点T与直线OE之间的偏离情况。为此取偏差函数为 FXe Yi-Xi Ye当 F0时，动点 在直线 OE上；当 F0时，动点 在直线 OE上方的区域；当 F0时，动点 在直线OE下方的区域。第26页/

9、共36页2023/3/25 4:31 坐标进给 以图为例。直线插补轨迹第27页/共36页2023/3/25 4:31 由式FXe Yi-Xi Ye可以看出，每次求时要作乘法和减法运算，而这在使用硬件或汇编语言软件实现插补时不大方便，还会增加运算的时间。因此，为了简化运算，通常采用递推法，即每进给一步后新加工点的加工偏差值通过前一点的偏差递推算出。第28页/共36页2023/3/25 4:31 现假设第次插补后动点坐标为T（i，i），偏差函数为 ieiie 若i，则向（）方向进给一步，新的动点坐标值为 i+1ii+1i第29页/共36页2023/3/25 4:31新的偏差函数为 i+1ei+1i

10、+1e i一iee i所以 i+1i （71）第30页/共36页2023/3/25 4:31 同样，若，则向（）方向进给一步，新的动点坐标值为 i+1i，i+1i+1所以 i+1ie （72）第31页/共36页2023/3/25 4:31 根据公式可以看出，采用递推算法后，偏差函数的计算只与终点坐标值，e有关，而不涉及动点坐标i，i的值，且不需要进行乘法运算，新动点的偏差函数可由上一个动点的偏差函数值递推出来（减Y或加e）。因此，该算法相当简单，易于实现。第32页/共36页2023/3/25 4:31终点判别 终点坐标法是刀具每进给一步，就将动点坐标与终点坐标进行比较，即判别ie？和i一？是否成立，若等式成立，插补结束，否则继续。第33页/共36页2023/3/25 4:31 总步长法是根据刀具沿、Y轴所走的总步数判断终点。从直线的起点移动到终点，刀具沿轴应走的步数为e，沿轴应走的步数为e，沿，两坐标轴应走的总步数为 十 刀具每进给一步，就执行1，即从总步数中减去1，这样当总步数为0时即表示已到达终点，插补结束。第34页/共36页2023/3/25 4:31作业第35页/共36页2023/3/25 4:31感谢您的观看！第36页/共36页